_ Cercetătorii creează bacterii care mănâncă plastic , faceți mătase de păianjen multifuncțională

Mutați peste Spider-Man: cercetătorii de la Institutul Politehnic Rensselaer au dezvoltat o tulpină de bacterii care poate transforma deșeurile de plastic într-o mătase de păianjen biodegradabilă cu utilizări multiple.

Noul lor studiu, publicat în Microbial Cell Factories, marchează prima dată când oamenii de știință au folosit bacterii pentru a transforma plasticul din polietilenă – tipul folosit în multe articole de unică folosință – într-un produs proteic de mare valoare.

Acest produs. , pe care cercetătorii o numesc „mătase de păianjen bio-inspirată” datorită asemănării sale cu păianjenii de mătase pentru a-și învârti pânzele, are aplicații în textile, cosmetice și chiar în medicină.

„Mătasea de păianjen este Kevlarul naturii. ”, a spus Helen Zha, Ph.D., profesor asistent de inginerie chimică și biologică și unul dintre cercetătorii RPI care conduc proiectul. „Poate fi aproape la fel de puternic ca oțelul sub tensiune. Cu toate acestea, este de șase ori mai puțin dens decât oțelul, deci este foarte ușor. Ca bioplastic, este elastic, dur, netoxic și biodegradabil.”

Toate aceste atribute îl fac un material excelent pentru un viitor în care resursele regenerabile și evitarea poluării persistente cu plastic sunt norma, a spus Zha.

Plasticul din polietilenă, găsit în produse precum pungi de plastic, sticle de apă și ambalaje alimentare. , este cel mai mare contributor la poluarea cu plastic la nivel global și poate dura până la 1.000 de ani pentru a se degrada în mod natural. Doar o mică parte din plasticul din polietilenă este reciclată, astfel încât bacteriile utilizate în studiu ar putea ajuta la „reciclarea” a unora dintre deșeurile rămase.

Pseudomonas aeruginosa, bacteria utilizată în studiu, poate consuma în mod natural polietilenă ca o sursă de hrană. Echipa RPI a abordat provocarea de a proiecta această bacterie pentru a converti atomii de carbon ai polietilenei într-o proteină de mătase codificată genetic. În mod surprinzător, ei au descoperit că bacteriile lor nou dezvoltate ar putea produce proteina de mătase cu un randament care rivalizează cu unele tulpini de bacterii care sunt utilizate mai convențional în bioproducție.

Procesul biologic care stau la baza acestei inovații este ceva ce oamenii l-au folosit de milenii. .

„În esență, bacteriile fermentează plasticul. Fermentarea este folosită pentru a produce și conserva tot felul de alimente, cum ar fi brânza, pâinea și vinul, iar în industriile biochimice este folosită pentru a produce antibiotice, aminoacizi. , și acizi organici”, au spus Mattheos Koffas, Ph.D., Dorothy și Fred Chau ʼ71 Carier Development Constellation Professor in Biocataliza și Metabolic Engineering, și celălalt cercetător care conduce proiectul și care, împreună cu Zha, este membru al grupului. Centrul de Biotehnologie și Studii Interdisciplinare de la Rensselaer.

Pentru ca bacteriile să fermenteze polietilena, plasticul este mai întâi „predigerat”, a spus Zha. La fel cum oamenii trebuie să ne taie și să mestece alimentele în bucăți mai mici înainte ca organismul să o poată folosi, bacteriile au dificultăți în a mânca lanțurile lungi de molecule, sau polimerii, care cuprind polietilena.

În studiu, Zha și Koffas a colaborat cu cercetătorii de la Laboratorul Național Argonne, care au depolimerizat plasticul încălzindu-l sub presiune, producând o substanță moale, ceară. Apoi, echipa a pus un strat de ceară derivată din plastic pe fundul baloanelor, care a servit drept sursă de nutrienți pentru cultura bacteriilor. Acest lucru contrastează cu fermentația tipică, care folosește zaharurile ca sursă de nutrienți.

„Este ca și cum, în loc să hrănim prăjitura cu bacterii, i-am hrăni lumânările de pe tort”, a spus Zha.

p>

Apoi, în timp ce o placă de încălzire învârtea ușor conținutul baloanelor, bacteriile au început să lucreze. După 72 de ore, oamenii de știință au strecurat bacteriile din cultura lichidă, au purificat proteina de mătase și au liofilizat-o. În acea etapă, proteina, care semăna cu bile de bumbac rupte, ar putea fi transformată în fir sau transformată în alte forme utile.

„Ceea ce este cu adevărat incitant la acest proces este că, spre deosebire de modul în care sunt produse plastice astăzi, procesul nostru este cu energie scăzută și nu necesită utilizarea de substanțe chimice toxice”, a spus Zha. „Cei mai buni chimiști din lume nu au putut transforma polietilena în mătase de păianjen, dar aceste bacterii o pot. Valorificăm cu adevărat ceea ce natura a dezvoltat pentru a produce producția pentru noi.”

Cu toate acestea, înainte de a recicla produsele din mătase de păianjen. devenind realitate, cercetătorii vor trebui mai întâi să găsească modalități de a face proteina de mătase mai eficient.

„Acest studiu stabilește că putem folosi aceste bacterii pentru a transforma plasticul în mătase de păianjen. Lucrările noastre viitoare vor investiga dacă reglarea bacteriilor sau a altor aspecte ale procesului ne va permite să creștem producția”, a spus Koffas.

„Profesorii Zha și Koffas reprezintă noua generație de ingineri chimici și biologici care îmbină ingineria biologică cu știința materialelor pentru fabricare. Produse ecologice. Munca lor este o abordare nouă pentru protejarea mediului și reducerea dependenței noastre de resursele neregenerabile", a declarat Shekhar Garde, Ph.D., decanul Școlii de Inginerie a RPI.

Studiul a fost realizat de către primul autor Alexander Connor, care și-a obținut doctoratul de la RPI în 2023, și co-autori Jessica Lamb și Massimiliano Delferro cu Argonne National Laboratory.

(Fluierul)